Soal tentang energi kisi sering muncul pada ajang olimpiade kimia, kalau
tidak di tingkat kab/kota, mungkin di tingkat provinsi, atau tingkat
nasional. Untuk menjawab soal tentang energi kisi ini memang diperlukan
logika. Kadang-kadang yang ditanyakan berupa argumen-argumen,
kesimpulan, mengenai senyawa tertentu dengan diberikan beberapa data
yang relevan. Energi kisi suatu senyawa ionik adalah energi yang
dihasilkan saat pembentukan 1 mol padatan kristal senyawa ion dari
ion-ion penyusunan pada fase gas. Persamaan termokimia-nya dapat
dituliskan
mMn+ (g) + nXm (g) ⟶ MmXn (s) + Energi kisi.
Q1 dan Q2 adalah besar muatan pada partikel dalam satuan coulomb dan d adalah jarak antara jari–jari dalam satuan meter. Konstanta k memiliki nilai 8,99 x 109 J m C–2.
Dari hubungan ini besarnya energi kisi berbanding lurus dengan hasil
kali muatan ion dan berbanding terbalik dengan jari-jari ion ion.
Senyawa ion yang tersusun dari anion kecil dan kation kecil membebaskan lebih banyak energi dibandingkan dengan senyawa ion yang berasal dari kation-anion yang besar. Secara umum jika ukuran suatu ion konstan maka energi kisi dapat tercermin dalam ukuran ion . Kekuatan ikatan ion juga tergantung pada jumlah muatan pada kation atau anion. Semakin besar jumlah muatan pada senyawa ion maka energi kisinya akan semakin besar pula.
Mengapa dalam satu periode dari kiri ke kanan (jumlah muatan kationnya bertambah) memberikan pengaruh besar terhadap energi kisi? Kita tahu bahwa suatu atom dalam tabel periodik unsur dari kiri ke kanan untuk melepaskan elektron valensi diperlukan energi yang besar. Ketika ia akan membentuk senyawa maka energi yang dihasilkan pun akan semakin besar. Oleh karena itu kita akan menjumpai senyawa ion dari golongan IIIA akan lebih sedikit dibanding senyawa ion dari golongan IA dan IIA.
Golongan IVA dan VA menunjukkan kecenderungan kecil melepaskan atau menerima elektron untuk membentuk ikatan ionik. Unsur dari kedua golongan ini lebih cenderung berbagi elektron untuk digunakan bersama. Unsur golongan VIA dan VIIA, dengan afinitas elektron tinggi, terdapat kemungkinan menjadi isoelektrik dengan gas mulia didekatnya. Golongan VIA mendapatkan dua elektron dan Grup VIIA mendapatkan satu elektron.
Bagaimana variasi soal terkait energi kisi? Berikut beberapa soal tentang energi kisi, rencananya akan ditambah lagi jika dijumpai soal-soal terkait pada postingan ini.
Soal-1
Energi kisi RbF, CsF, dan RbCl berturut-turut adalah –760 kJ/mol, –730 kJ/mol, dan –650 kJ/mol, Berapakah energi kisi CsCl ? (No. Atom Rb = 37 ; Cs = 55 )
A. – 620 kJ/mol
B. – 720 kJ/mol
C. – 800 kJ/mol
D. – 900 kJ/mol
E. – 1020 kJ/mol
Pembahasan:
RbF = –760 kJ/mol ; RbCl = –650 kJ/mol
CsF = –730 kJ/mol ; CsCl =....?
Mengamati tren bahwa jari-jari kation Rb < Cs dan untuk anion yang sama ternyata energi kisi senyawa Cs lebih positif dibanding senyawa Rb, maka untuk senyawa CsCl tentu akan lebih lebih positif dibanding RbCl. Alternatif jawaban yang tepat adalah A, –620 kJ/mol
Soal-2
Jari-jari (r) dan muatan tiap-tiap enam ion ditunjukkan dalam tabel berikut :
| Ion | J + | L+ | M2+ | X– | Y– | Z2– |
|---|---|---|---|---|---|---|
| r | 0,14 | 0,18 | 0,15 | 0,14 | 0,18 | 0,15 |
A. JX > LY > MZ
B. JX > MZ > LY
C. LY > MZ > JX
D. MZ > JX > LY
E. MZ > LY > JX
Pembahasan:
Yang dibandingkan ada 3 senyawa ionik JX, LY, dan MZ
JX: ion J memiliki r lebih kecil dari ion L (dalam LY), dengan muatan yang sama (–1) maka energi kisi JX > LY
MZ: ion M memiliki r lebih besar dari ion J namun jumlah muatan kation M adalah 2, anion Z juga 2 sementara itu meski r untuk lebih kecil namun jumlah muatannya adalah 1 demikian juga jumlah muatan X juga 1. Kita tahu faktor jumlah muatan ini memiliki pengaruh lebih besar dibandingkan jari-jari ion. Maka energi kisi MZ > JX. Jadi MZ > JX > LY (alternatif D)
Soal-3
Pasangan berikut ini, pilih senyawa yang mempunyai energi kisi paling rendah:
I. NaF atau MgO II. CaS atau BaS
A. NaF dan CaS
B. NaF dan BaS
C. MgO dan CaS
D. MgO dan BaS
E. Tidak dapat ditentukan
Pembahasan:
- NaF hasil kali jumlah muatannya = 1 x 1, pada MgO = 2 x 2
r Na > r Mg ; r F < r O. Tetapi faktor hasil kali jumlah muatan pengaruhnya lebih besar maka energi kisi terendah adalah NaF - CaS hasil kali jumlah muatannya = 2 x 2, pada BaS = 2 x 2
r Ca < r Ba. karena hasil kali jumlah muatan sama maka penentunya adalah ukuran r saja. r yang lebih besar memiliki energi kisi yang lebih rendah maka energi kisi terendah adalah BaS.
Soal-4
Diberikan data titik didih NF3, NH3, and BCl3, bagaimana tren tekanan uap zat tersebut.
NH3 = –33 NF3 = –129 BCl3 = 12,5
Pembahasan:
Ingat bahwa titik didih ini berbanding terbalik dengan tekanan uap. Semakin tinggi titik didih suatu zat maka tekanan uapnya menjadi sangat rendah.
BCl3 mempunyai massa molar lebih tinggi dan gaya intermolekul yang lebih besar; oleh karena itu titik didihnya lebih tinggi dan tekanan uapnya menjadi lebih rendah.
NH3 mempunyai massa molar terendah tetapi memiliki ikatan hidrogen dan diharapkan ia memiliki titik didih yang lebih tinggi dan tekanan uap yang lebih rendah.
NF3 tidak memiliki ikatan hidrogen dan titik didihnya –129 sehingga tekanan uapnya lebih tinggi dibandingkan yang lain dari ketiganya. Jadi urutan tekanan uap
NF3 > NH3 > BCl3
Soal-5
Manakah senyawa ion berikut yang memiliki titik leleh paling tinggi?
a. Cs2O
b. K2O
c. BeO
d. SrO
e. LiF
f. CsI
Pembahasan:
Energi kisi secara umum berkurang, jika dilihat dari atas ke bawah dalam tabel periodik unsur dan jika jumlah muatan yang dimilikinya semakin sedikit. Jadi kita bisa hilangkan oksida dari golongan I karena ia mempunyai muatan +1 sehingga tersisa 2 pilihan SrO dan BeO.
BeO lebih bersifat kovalen sedangkan SrO lebih bersifat ionik dan faktanya titik leleh dari BeO = 2507 oC dan SrO = 2531 oC. Jadi jawaban yang tepat adalah SrO yang memiliki titik leleh (lebur) lebih tinggi.
Soal-6
Manakah senyawa berikut yang mempunyai energi kisi terbesar LiF, LiI, RbCl, NaCl?
Pembahasan:
Senyawa yang ada ini semua bersifat univalen (valensi 1) jadi hanya ukuran jari-jari ion saja yang akan menentukan besaran energi kisinya.
r F < r I dan anionnya sama maka energi kisi LiF > LiI
r Rb > r Na dan anionnya sama maka energi kisi NaCl > RbCl
r Li < r Na < r Rb dan r F < r Cl < r I maka urutan ke-empat senyawa itu adalah
LiF > LiI > NaCl > RbCl
Soal-7
Energi kisi CaCl2 secara numerik lebih besar dari KBr.
Apakah alasan yang tepat untuk menjelaskan hal ini?
Pembahasan:
Ingat semakin besar ukuran jari–jari ion maka energi kisinya semakin kecil. r Ca < r K
Ingat pula semakin besar muatan ion pada senyawa maka energi kisinya semakin besar pula. hasil kali muatan pada CaCl 2 = 2 x 1 sedangkan pada KBr = 1 x 1
Ingat pula bahwa faktor jumlah muatan ion dalam senyawa jauh lebih besar pengaruhnya dibanding ukuran jari-jari (jarak pusat ionnya) Oleh karena itu energi kisi CaCl2 > energi kisi KBr.
Soal-8
Energi kisi NaF= -915 kJ/mol; MgO, -3933 kJ/mol
Bagaimanakah menjelaskan hal ini
Pembahasan:
Dua ion dalam setiap senyawa bersifat isoelektronik.
Gaya tarik menarik antara ion divalen (valensi 2) sekitar 4 kali dari gaya tarik menarik ion univalen (valensi 1). Jarak antarion dalam NaF 0,102 nm dan dalam MgO 0,074 nm. Oleh karena itu energi kisi MgO >> NaF.
Soal-9
KF MgS RbI, manakah yang memiliki energi kisi terbesar?
Pembahasan:
Ion yang lebih kecil memiliki energi kisi lebih besar RbI < KF. Mg dan S adalah divalen dan gaya tarik–menariknya lebih tinggi dibanding anion-kation univalen. Jadi MgS energi kisinya lebih besar, selain karena alasan ukuran ionnya yang relatif lebih kecil dibanding Rb dan K.